Dans les années 20, Otto Warburg émit l’hypothèse que l’altération des mitochondries est la cause du développement du cancer bien qu’il reconnaissait l’existence de tumeurs oxydatives. Egalement, Weinhouse (1950) parmi d’autres, a établi qu’une respiration mitochondriale défectueuse n’était pas une caractéristique systématique du cancer et Peter Vaupel a suggéré dans les années 90 que l’oxygénation de la tumeur était le facteur limitant de la production énergétique de la mitochondrie dans le cancer plutôt que la capacité mitochondriale elle-même. Cette thèse ainsi que des études récentes montrent clairement que les mitochondries sont fonctionnelles dans les tumeurs et la discipline d’oncobioénergétique a identifié Myc, Src, Oct1 et Ras comme des oncogènes pro-OXPHOS. De plus, l’adaptation des cellules cancéreuses à l’aglycémie, la symbiose métabolique entre les régions hypoxiques et normoxiques des tumeurs ainsi que l’hypothèse de Reverse Warburg effect supportent le rôle crucial des mitochondries dans la survie d’un groupe de tumeurs. Par conséquent, les mitochondries sont maintenant considérées come des cibles potentielles pour la thérapie anti-cancéreuse et des tentatives incluant la modulation bioénergétique pourraient être considéré pour tuer les cellules cancéreuses. Nous montrons l’effet anti-cancéreux de deux modulateurs mitochondriaux et disséquons leur mécanisme d’action. / In the 1920s, Otto Warburg first hypothesized that mitochondrial impairment is a leading cause of cancer although he recognized the existence of oxidative tumors. Likewise, Weinhouse (1950) and others found that deficient mitochondrial respiration is not an obligatory feature of cancer and Peter Vaupel suggested in the 90s that tumor oxygenation rather than OXPHOS capacity was the limiting factor of mitochondrial energy production in cancer. This thesis and recent studies now clearly indicate that mitochondria are highly functional in tumors and the field of oncobioenergetic identified Myc, Src, Oct1 and RAS as pro-OXPHOS oncogenes. In addition, cancer cells adaptation to aglycemia, metabolic symbiosis between hypoxic and non-hypoxic tumor regions as well the reverse Warburg hypothesis support the crucial role of mitochondria in the survival of a subclass of tumors. Therefore, mitochondria are now considered as potential targets for anti-cancer therapy and tentative strategies including a bioenergetic profile characterization of the tumor and the subsequent adapted bioenergetic modulation could be considered for cancer killing. We show anti-cancer effects of two mitochondrial modulators and dissect their mechanism of action.

Nous avons mis au point un fermenteur continu multi-étagé (MSCF) dans le but de reproduire les conditions de la fermentation alcoolique en conditions œnologiques. Ce bioréacteur permet de maintenir les levures dans un milieu stable et contrôlé tout en découplant la croissance et la phase stationnaire. Le système offre donc la possibilité d'obtenir des levures non croissantes dans un milieu de composition stable. Dans un premier temps, nous avons validé la pertinence du MSCF pour reproduire les conditions de fermentation du batch, par approche intégrée (des paramètres cinétiques, des métabolites intra et exo cellulaire et de l'expression génique). Nous avons ensuite utilisé ce bioréacteur pour étudier les mécanismes d'adaptation métabolique des microorganismes suite à un ajout d'azote, pratique largement répandue en œnologie. Plusieurs résultats originaux ont été obtenus concernant, notamment, la réorganisation du cycle TCA, le transport des sources azotées et la synthèse des alcools supérieurs et esters. La fiabilité de l'outil mis au point et l'originalité des données obtenues ouvrent des perspectives à l'utilisation du MSCF pour la compréhension du métabolisme et des mécanismes d'adaptation des levures. / We set up a multi-stage continuous fermentor (MSCF) to mimic the conditions of alcoholic fermentation. In this bioreactor, the yeasts are in a steady and well controlled state representative of the growth and stationary phases of the batch. The ability of the MSCF to reproduce batch fermentation was assessed using an integrated approach (measurement of kinetic parameters, intra and exo-cellular metabolites and gene expression). We then used the MSCF to study the impact of nitrogen supplementation performed during the stationary phase, on yeasts metabolism. Several original results were obtained, concerning the TCA cycle, the transport of nitrogenous sources and the synthesis of higher alcohols and esters. This work points out the interest of using the MSCF to assess the effect of medium perturbations during alcoholic fermentation, especially during the stationary phase. More generally, the accuracy of the MSCF and the originality of the data obtained open new prospects for a better understanding of yeasts metabolism and regulation mechanisms.

Les mécanismes de perception du phosphate chez les plantes ainsi que la mise en place des réponses à une carence demeurent relativement méconnus. On explique le nombre restreint d'éléments identifiés jusqu'ici par la complexité des mécanismes mis en jeu, impliquant probablement une redondance fonctionnelle. Ce travail de thèse avait pour but de contourner cet obstacle pour tenter d'apporter de nouveaux éléments de compréhension de la réponse à la carence en phosphate chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Une approche de génétique chimique a donc été utilisée pour isoler une famille de molécules (les Phosphatins) inhibant de nombreuses réponses induites par la carence phosphatée. Elles agissent aussi bien au niveau de la réponse morphologique que métabolique. Ceci révèle l'existence de blocages génétiques limitants la croissance des plantes en condition de carence en phosphate. Cette étude suggère aussi l'existence de « cross talks » potentiels ou de mécanismes redondants ignorés jusqu'ici entre les réponses morphologiques et biochimiques. / The plant mechanism of phosphate perception and responses pathways to a starvation are still poorly understood. We explain that only few elements have been identified so far by the complexity of the mechanisms involved, probably coupled with functional redundancy. The aim of this work was to bypass this obstacle in order to deep our knowledge on the understanding of the phosphate starvation response in the plant model Arabidopsis thaliana. A chemical genetic approach was used to isolate a drug family (the Phosphatins) inhibiting several responses induced by a phosphate starvation. They act both on morphological and metabolic response. This reveals the existence of genetic blocking limiting plant growth under conditions of phosphate deficiency. This study also suggests the existence of potential "cross talks" or redundant mechanisms hitherto unknown between morphological and biochemical responses.

Se basant sur l'analyse de 11 et 8 traits morphométriques caractérisant le corps et le sac vitellin respectivement chez le brochet et la carpe commune, on a pu montrer un effet significatif du moment d'éclosion, variable selon l'espèce. Chez le brochet, les larves à éclosion précoce sont de plus petite taille à l'éclosion et possèdent un plus fort taux de croissance par comparaison aux larves qui éclosent plus tardivement. Chez la carpe commune, la morphométrie à l'éclosion est plus homogène mais le taux de croissance était meilleur chez les larves à éclosion tardive par comparaison aux larves qui ont éclos plus tôt. Ces effets diffèrent selon la stratégie de reproduction de l'espèce et pourraient être liés aux conditions environnementales et trophiques rencontrées pendant la saison de ponte. A l'éclosion, le corps des larves de brochet qui éclosent en premier (ME1) est plus petit (longueur totale: 8,1 mm ME1 vs 9,5mm ME3 ; p <0,05), les tissus sont moins abondants (poids sec 0,25 mg ind-1 ME1 vs 0,32 mg ind-1 ME3 ; p <0 ,05) moins énergétiques (5,98 J. ind-1 ME1 vs 8,46 J. ind-1 ME3 ; p <0,05) et contiennent moins de protéines (0,17 mg ind-1 ME1 vs 0,22 mg ind-1 ME3; p <0,05) alors que leur sac vitellin est plus important (poids sec 1,44 mg ind-1 ME1 vs 1,33 mg ind-1 ME3 ; p <0 ,05), plus énergétique (38,55 J. ind-1 ME1 vs 36,29 J. ind-1 ME3 ; p <0,05) et contient plus de protéines (0,98 mg ind-1 ME1 vs 0,90 mg ind-1 ME3; p <0,05) par comparaison aux larves qui éclosent à la fin de la période d'éclosion (ME3) / Based on the analysis of 11 and 8 morphometric variables of body and yolk sac for pike and common carp larvae, we have shown the existence of a significant hatching time effect dependent on the species. For pike, early hatched larvae have a smaller body size at hatch, faster growth rate and higher yolk use efficiency than late hatched ones. In carp, the initial morphometry of larvae at hatch is more homogenous but growth rate was higher in early late hatched larvae compared to larvae hatched earlier. At hatch, the body of early hatched pike larvae was smaller (total length: 8.1 mm HT1 vs 9.5mm HT3 ; p <0.05), their tissues were less abundant (dry weight 0.25 mg ind-1 HT1 vs 0.32 mg ind-1 HT3 ; p <0.05) less energetic (5.98 J. ind-1 HT1 vs 8.46 J. ind-1 HT3 ; p <0.05) with less protein content (0.17 mg ind-1 HT1 vs 0.22 mg ind-1 HT3; p <0,05) but yolk was more important (dry weight 1.44 mg ind-1 HT1 vs 1.33 mg ind-1 HT3; p <0.05) more energetic (38.55 J. ind-1 HT1 vs 36.29 J. ind-1 HT3 ; p <0.05) with higher protein content (0.98 mg ind-1 HT1 vs 0.90 mg ind-1 HT3; p <0.05) compared to larvae hatched at the end of the hatching period (ME3)

Les bactéries magnétotactiques (MTB) appartiennent à différents phyla procaryotes et ont la capacité de synthétiser des magnetosomes (cristaux de magnétite entourés par une membrane). Durant la thèse, nous avons procédé à l’analyse génomique de 2 bactéries magnétotactiques: Magnetospira sp. QH-2 et Magnetococcus MO-1. La synthénie et la correlation génique des gènes impliqués dans la formation des magnétosomes montrent que l'insertion de cet îlot chez QH-2 a eu lieu après la divergence entre les Magnetospirillum sp et Magnetospira sp. L'analyse comparative a mis en évidence trois groupes distincts de MTB : Groupe I, comprenant les souches Magnetospirillum spp. et Magnetospira; Groupe II avec MO-1 et M. marinus MC-1 et le Groupe III, avec D. magneticus RS-1. QH-2 montre aussi une évolution adaptative distincte par comparaison aux souches marines ou d'eau douce. L'analyse comparative des réseaux métaboliques révèle une très grande similitude intra-Groupe et une importante variabilité inter-Groupe. Cela est probablement dû aux enzymes impliqués dans les voies métaboliques anoxiques, qui représentent ainsi la contrainte à une distribution taxonomique large des MTB. Ces enzymes permettent ainsi de prédire le phénotype métabolique nécessaire à la production des magnétosomes. Différentes analyses (des protéines ribosomales au genome entier) indiquent une composition taxonomique chimérique des gènes de MO-1 et MC-1, et peut représenter une nouvelle lignée taxonomique chez les Protéobactéries. J’ai aussi participé à l'analyse des génomes de deux bactéries piezophiles, d’une bactérie photosynthétique pourpre et l’analyse phylogénomique des tyrosine-Kinases bactériennes. / Magnetotactic bacteria (MTB) are a diverse group of aquatic prokaryotes, which synthesize membrane-Enclosed magnetic crystals known as magnetosomes. In this thesis, the genome sequences of two marine MTB strains, Magnetospira sp. QH-2 and magneto-Ovoid strain MO-1 were analyzed. The magnetosome gene cluster synteny and mam gene correlation indicate that the insertion of the magnetosome island into QH-2 chromosome occurred after divergence between freshwater and marine magnetospirilla. Comparative genomic analysis revealed three distinct groups of sequenced MTB strains: Group I with Magnetospirillum spp. strains and Magnetospira strain, Group II with MO-1 strain and M. marinus MC-1, and Group III including Desulfovibrio magneticus RS-1. In addition, it shows an adaptive evolution of two marine MTB strains to marine sediments in comparison with closely related freshwater species. Moreover, comparative metabolic network analysis reveals high level of intra-Group similarity and inter-Group variety in MTB. With anoxic network enzymes, potential “MTB” strains are predicted, and are consistent with recently isolated MTB strains. It suggested that the anoxic metabolic network might be one restricted constraint for MTB distribution in bacterial lineages. Interestingly, analyses from ribosomal proteins to the whole MTB genome strongly support a taxonomic chimeric nature of MO-1 and MC-1 genes, and may represent a novel Proteobacteria lineage. Additionally, I also participate to genome analyses of piezophilic Desulfovibrio and Phaeospirillum molischianum strains as well as genome-Wide analysis of bacterial tyrosine kinases.

Les Escherichia coli producteur de Shiga-toxines (STEC) sont des bactéries pathogènes majeures en santé publique. Elles sont à l'origine d'épidémies de colites hémorragiques et d'une centaine de cas de syndrome hémolytique et urémique par an, en France. Une classification des STEC (plus de 200 sérotypes) a été établie sur la base d'évaluations du risque par l'étude de marqueurs moléculaires directement impliqués dans la virulence, et l'analyse de données épidémiologiques. La virulence n'est cependant pas toujours clairement associée à des facteurs connus ou suffisamment décrits. L'hypothèse des travaux de thèse a été que le niveau de risque associé aux souches pourrait non seulement s'expliquer par le profil de virulence mais également par des spécificités dans les propriétés métaboliques des sérotypes dont les capacités de résistance aux anti-microbiens. Peu de données sont disponibles sur la physiologie des STEC, hormis les propriétés métaboliques exploitées dans le développement de milieux de culture spécifiques. La grande majorité des études se sont concentrées sur le sérogroupe O157 et très peu sur les non-O157.L'objectif de ce travail a été d'approfondir les connaissances sur les capacités métaboliques des souches de STEC afin d'étudier les relations avec le niveau de risque associé aux souches. Ce travail a été divisé en trois parties : (i) l'étude de la résistance au tellurite de potassium (K2TeO3), un oxyanion fortement dommageable pour les membranes, (ii) l'étude des profils de métabolisation de substrats carbonés et (iii) l'étude des capacités de résistance aux antibiotiques et autres antimicrobiens. Une grande variabilité dans les profils de résistance au K2TeO3 a été observée, ainsi qu'un phénomène d'émergence de mutants spontanés. L'utilisation du tellurite pour la détection des STEC peut induire une sous-estimation de leur prévalence. Les classifications des souches en fonction de leur niveau de risque ont pu cependant être reliées à des profils métaboliques particuliers dont la capacité de résistance à certains antimicrobiens. Ces données ont permis d'observer des évolutions verticales spécifiques de certains sérogroupes mais également certaines convergences évolutives inter-sérogroupes. Ces travaux devraient permettre de faire évoluer la spécificité des méthodologies d'identification et de classification des STEC. Ces données pourront être employées par les gestionnaires du risque pour une identification plus fine des STEC pathogènes / Shiga-toxin producing Escherichia coli (STEC) are major human pathogenic bacteria. These bacteria can cause hemorrhagic diarrheal diseases and Haemolytic and Uremic Syndromes. A risk assessment of more than 200 STEC serotypes has been performed using molecular markers of virulence and epidemiological datasets. However, virulence is not always associated with known or sufficiently described factors, questioning the reliability of such classifications. The hypothesis of this PhD work was that risk levels associated with STEC strains should be related not only to virulence specificities but also other metabolic properties such as a specialization for particular C-sources or resistances towards various antimicrobials. Few data were available on STEC physiology, with the exception of datasets regarding the metabolic properties exploited for the development of specific culture media. The aim of this work was to improve knowledge on STEC metabolic capacities and investigate relationships with their respective risk level. This work was divided into three parts: (i) a study of potassium tellurite (K2TeO3) resistance, an oxyanion highly toxic for cell membranes, (ii) a study of carbon metabolic profiles, and (iii) an exhaustive study of antibiotic and other antimicrobial resistances. A great variability in K2TeO3 resistance profiles was observed, as well as a phenomenon leading to the emergence of significant numbers of spontaneous mutants. The use of tellurite for STEC detection was found to lead to an underestimation of their prevalence in food products. Specific metabolic profiles including resistance to certain antimicrobial substances were found related to STEC classifications into risk levels. These data allowed us to observe specific vertical evolutions of these phenotypes per serogroup but some intergroup evolutionary convergences were also observed. These datasets led to the proposal of novel STEC detection and identification schemes. These schemes can be used by risk assessment managers for a better appreciation of STEC risk hazards among food and environmental samples

L'hypertrophie ventriculaire gauche (HVG) est un remodelage prédicteur du développement d'une insuffisance cardiaque et de la mortalité cardiovasculaire. L'hypertension artérielle est une cause majeure de l'HVG, puisque 30% des patients hypertendus développent une HVG. Un dépistage biologique précoce de l'HVG post hypertensive permettrait d'optimiser la prise en charge des patients et d'empêcher que l'HVG évolue vers l'insuffisance cardiaque. L'utilisation de biomarqueurs est un outil rapide, efficace et peu couteux pour le diagnostic de nombreuses pathologies. Dans la pratique clinique il n'existe pas de biomarqueurs pour identifier les patients hypertendus avec HVG de ceux sans ce remodelage. Le premier objectif de notre étude a été d'identifier des biomarqueurs plasmatiques de l'HVG post hypertensive. Une analyse métabolomique obtenue par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire du proton (H1) a été effectuée sur les échantillons de plasma de 48 patients hypertendus avec HVG, 48 hypertendus sans HVG et 24 témoins. A l'aide d'outils bio-informatiques et d'analyses statistiques adaptées, nous avons mis en évidence la présence d'un ratio des groupements chimiques méthylène/ méthyle (-CH2-/-CH3) des chaines aliphatiques des lipides plasmatiques augmenté chez les patients hypertendus avec HVG (p<0.001). Ce ratio détecte la présence d'une HVG chez les patients hypertendus avec une sensitivité de 52.08% et une spécificité de 85.42%. Nous proposons que le ratio -CH2-/-CH3 des chaines aliphatiques lipidiques présent dans plasma représente un biomarqueur diagnostique de l'HVG dans l'hypertension artérielle. L'incidence de l'HVG est aussi augmentée chez les patients qui souffrent du syndrome métabolique (MetS). Le MetS est défini par la présence d'une obésité abdominale plus deux facteurs parmi la dyslipidémie, l'insulino-résistance et l'hypertension artérielle. Ces facteurs synergisent et sont les responsables de l'instauration d'une HVG et d'une progression vers l'insuffisance cardiaque. Des données publiées montrent que les patients MetS ont un taux réduit de l'insulin-like growth factor binding protein 2 (IGFBP2). L'IGFBP2 a un rôle potentiel dans le diabète et dans le métabolisme, mais il n'existe pas d'étude sur son rôle dans les pathologies cardiaques causées par une dérégulation métabolique. Le premier objectif de notre étude sur l'IGFBP2 a été de mesurer le taux plasmatique d'IGFBP2 et le taux d'expression cardiaque de l'ARN messager d'IGFBP2 dans une cohorte de patients avec et sans MetS. Nous avons montré que le taux plasmatique ainsi que le taux d'ARN messager cardiaque d'IGFBP2 sont diminués chez les patients avec le Mets comparé à des témoins. Puis, nous avons mesuré le tôt cardiaque d'ARN messager de l'IGFBP2 dans un model murin de MetS. Pour générer ce modèle, nous avons nourri des souris C57BL/6J avec du régime gras à 60% pendant 15 semaines. Le taux d'expression cardiaque de l'ARN messager de l'IGFBP2 est réduit chez les souris avec Mets, en accord avec les résultats obtenu chez l'homme. Enfin, nous avons testé si la thérapie génique utilisant un virus adeno-associé qui exprime l'IGFBP2 humaine (AAV9-hIGFBP2) pouvait restaurer un niveau normal d'IGFBP2 et interférer avec l'HVG causé par le MetS chez ces souris. Nos résultats montrent que l'injection de l'AAV9-hIGFBP2 rétabli durablement le niveau cardiaque d'IGFBP2 chez la souris avec MetS et qu'IGFBP2 prévient l'épaississement des parois du ventricule gauche, l'hypertrophie et la dysfonction cardiaque. Nos résultats suggèrent qu'IGFBP2 est une nouvelle cible thérapeutique potentielle de l'HVG. / Left ventricular hypertrophy (LVH) is a strong predictor of future heart failure and cardiovascular mortality. Arterial hypertension is considered as the main causative agent for LVH as 30% of hypertensive patients develop LVH. These patients have an increased risk for cardiovascular complications and heart failure. Early diagnosis of LVH and prompt treatment are crucial to reduce LVH and stop its progression towards heart failure. Biomarkers could represent a rapid, effective and low-cost tool to discriminate hypertensive patients with LVH from those with normal LV size. Therefore, we aimed to identify plasma metabolomics biomarkers by 1H NMR to provide novel diagnostic tools for rapid detection of LVH in populations of hypertensive individuals. We realized a cross-sectional study including 48 hypertensive patients with LVH matched with 48 hypertensive patients with normal LV size, and 24 healthy controls. Two-dimensional targeted M-mode echocardiography was performed to measure left ventricular mass index. Partial least squares discriminant analysis was used for the multivariate analysis of the 1H NMR spectral data. From the 1H NMR analysis, we found that the methylene/methyl (-CH2-/-CH3) ratio of aliphatic chain from plasma lipids was significantly increased (p<0.001) in hypertensive patients with LVH compared to hypertensive patients without LVH and to control. Receiver operating characteristic curve showed that a cutoff value of 2.34 provided a 52.08% sensitivity and 85.42% specificity for discriminating LVH (AUC=0.703, p-value<0.001). We propose the -CH2/-CH3 ratio from plasma aliphatic lipid chains as a biomarker for the diagnosis of LVH in arterial hypertension. LVH incidence is also increased in patients with metabolic syndrome (MetS). MetS is defined by central obesity plus any two medical conditions such as dyslipidemia, insulin resistance, and hypertension. These factors synergize to cause LV dysfunction and HF. Published data have shown that MetS patients have low plasma insulin-like growth factor binding protein 2 (IGFBP2). IGFBP2 was shown to play a role in diabetes and metabolism, but studies investigating its role in cardiac diseases are lacking. We first aimed to investigate plasma IGFBP2 levels and cardiac IGFBP2 mRNA levels in MetS patients. Both plasma levels and heart expression levels of IGFBP2 were decreased in patients with MetS compared to control patients. Further, in a C57BL/6J mouse model of 60% high fat diet-induced MetS, we measured cardiac mRNA IGFBP2 levels. According to the observed data in human, mice with MetS showed a decreased cardiac IGFBP2 mRNA level. Finally, we investigated whether a gene therapy strategy using adeno-associated virus 9 carrying human IGFBP2 coding sequence (AAV9-hIGFBP2) could prevent from MetS associated left ventricular hypertrophy. Our data showed that AAV9-hIGFBP2 injection restored durably cardiac IGFBP2 levels in mouse heart and prevented from left ventricle wall thickening, hypertrophy and dysfunction. These clinical and animal data suggest that IGFBP2 is a potential new cardiac therapeutic target in MetS.

Dans la plupart des pays industrialisés, le cancer du sein est la principale cause de décès chez les femmes. Le microenvironnement tumoral (TME) joue un rôle important dans la progression du cancer du sein. Le TME est un tissu complexe composé d’une matrice extracellulaire remaniée, de fibroblastes, de cellules inflammatoires et endothéliales. Récemment un nouveau composant cellulaire du TMA a été identifié. Il est formé par des adipocytes modifiés situés en regard de cellules cancéreuses appelées "adipocytes associés au cancer" (CAA). Ces constituants ajoutent à la complexité du TME. La protéase matricielle Matrix Metalloproteinase-11 (MMP-11) est une protéine du TME, elle est sécrétée par les «fibroblastes associés au cancer» (CAF) au centre de la tumeur et par les CAA à la périphérie de la tumeur (le front d’invasion). Soutenant l'idée que la MMP11 contribue à la progression tumorale, des études antérieures ont montré qu’une expression élevée était associée à une survie sans récidive plus courte des patientes atteintes d'un cancer du sein. Cependant, le mécanisme d'action spécifique de cette protéase est resté mal compris. Des études plus récentes ont montré que la MMP-11 est un régulateur négatif du développement du tissu adipeux et qu’elle module le métabolisme énergétique. Ces observations suggéraient que l'expression de MMP-11 dans le TME pourrait participer directement à la progression de la tumeur en modulant le métabolisme du tissu adipeux au profit des cellules cancéreuses. Cependant, la façon dont la MMP-11 agit, notamment à l'interface entre les cellules cancéreuses du sein et les CAAs, reste largement inconnue. Pour l’étudier, nous avons développé des modèles précliniques de cancer de la glande mammaire chez la souris par génie génétique. Tout d'abord, des souris déficientes (perte de fonction-LOF) ou surexprimant MMP-11 (Gain de Fonction-GOF) ont été croisées avec un modèle génétique de tumeurs mammaires (MMTV-PyMT). Des résultats cohérents ont été obtenus en utilisant les deux modèles. La MMP11 favorise la progression tumorale précoce, en augmentant la prolifération et en réduisant l'apoptose des cellules cancéreuses. De plus, l’expression de la MMP-11 a été associée à un changement métabolique dans la tumeur et à une altération significative de l’Unfolded Protein Response mitochondriale (UPRmt) et à une activation du stress du réticulum endoplasmique (UPRER). Ces données confortent l'idée selon laquelle la MMP-11 contribue à une réponse métabolique adaptative favorisant la croissance du cancer. Deuxièmement, pour aborder directement la fonction de la MMP-11 produite par le tissu adipeux sur la progression du cancer, nous avons généré une lignée de souris transgénique (appelée aP2-MMP11-IRES-GFP) dans laquelle l'expression de MMP-11 est contrôlée par un promoteur spécifique du tissu adipeux. L’implantation directe de cellules cancéreuses syngéniques dans le coussinet mammaire de ces souris a montré que l'expression de la MMP11 favorisait la croissance tumorale. Finalement, nos données soutiennent le concept selon lequel l'expression de MMP-11 par les adipocytes associés au cancer (CAA) contribuerait à une réponse métabolique adaptative favorisant la croissance du cancer. Ils renforcent aussi l’intérêt que représente la MMP-11 comme cible pour le traitement du cancer. / Breast cancer is the most common leading cause of death in women. The tumor microenvironment (TME) plays an important role in breast cancer progression. The TME is a complex tissue composed of extracellular matrix proteins, fibroblasts, inflammatory and endothelial cells. Recently modified adipocytes called “Cancer-Associated Adipocytes” (CAAs) were identified as emerging components of the TME adding into the complexity of this tumor component. Matrix Metalloproteinase-11 (MMP-11) is a protein from the TME, it is secreted by "Cancer-Associated Fibroblasts" (CAFs) in the center of the tumor and by CAAs in the tumor periphery also qualified as the “invasive front”. Previous studies showed that elevated MMP11 expression is associated with a poorer outcome in breast cancer patients supporting the idea that MMP11 contributes to tumor progression but the mechanism of action remained unclear. Recent studies showed that MMP-11 is a negative regulator of adipose tissue development and controls energy metabolism. These observations suggested that MMP-11 expression in the TME may directly participate in breast tumor progression by modulating the adipose tissue metabolism at the benefit of cancer cells. However, how MMP-11 acts in the TME notably at the interface of breast cancer cells and CAAs remains largely unknown. To study the role of MMP-11 on breast cancer progression, we developed a series of preclinical mouse mammary gland tumour models by genetic engineering. First, mice either deficient- (Loss of Function-LOF) or overexpressing- MMP-11 were crossed with a genetic model of spontaneous mammary tumors (MMTV-PyMT). Consistent results were obtained using GOF and LOF, showing that MMP11 favored early tumor progression, by increasing proliferation and reducing apoptosis of cancer cells. Of interest, MMP-11 was associated with a metabolic switch in the tumor and the activation of the mitochondrial unfolded protein response (UPRmt) and endoplasmic reticulum stress (UPRER). These data support the idea that MMP-11 contributes to an adaptive metabolic response favoring cancer growth. Second, to directly address the function of MMP-11 produced by the adipose tissue on cancer progression, we generated a transgenic mouse line (named aP2-MMP11-IRES-GFP) in which MMP-11 expression is controlled by an adipose tissue-specific promoter. Direct grafting of syngeneic cancer cells in the mammary fad-pad of these mice showed that MMP11 expression favored tumor growth. Altogether our data support the idea that MMP-11 expression by cancer associated adipocytes contributes to an adaptive metabolic response, named metabolic flexibility, favoring cancer growth. They further substantiate the potential of MMP-11 as a target for cancer therapy.

Cartilage est un tissu unique, caractérisé par la matrice extracellulaire abondante et un seul type de cellule, le chondrocytes. Les modifications du phénotype chondrocytes, tels que la prolifération et de l'hypertrophie, sont des événements physiologiques survenant au cours du développement squelettique et cartilage articulaire adulte. Dans la plaque de croissance, la division active et l'expansion des chondrocytes est le mécanisme principal lors du processus de l’ossification endochondrale. Les chondrocytes jouent un rôle essentiel dans ce processus. Le comportement et les caractéristiques cellulaires des chondrocytes de la plaque de croissance sont régulées à tous les stades de l'ossification endochondrale par un réseau complexe d'interactions entre les hormones circulantes, les facteurs de croissance produits localement et la matrice extracellulaire sécrétée par les chondrocytes. Dans le cartilage articulaire, les chondrocytes forment des régions morphologiquement distinctes et maintiennent l'équilibre entre production et dégradation des composants de la matrice extracellulaire. Cependant, l'altération pathologique du phénotype des chondrocytes pourrait entraîner de nombreuses maladies squelettiques et articulaires humaines, y compris les chondrodysplasies et l'arthrose. Dans ce contexte, mon projet de doctorat a été conçu pour étudier I) les modifications des phénotypes chondrocytaires déclenchés par les déterminants génétiques et le stress métabolique et par conséquent II) la participation des deux conditions pathologiques au développement de la maladie et/ou à la progression / Cartilage is a unique tissue characterized by abundant extracellular matrix and a single cell type, the chondrocyte. Modifications of chondrocyte phenotype, such as proliferation and hypertrophy, are physiological events occuring during skeletal development and in adult articular cartilage. In growth plate cartilage, the active division and expansion of chondrocytes is the primary mechanism during the process of endochondral bone formation. Chondrocytes play a central role in this process, through a combination of proliferation, extracellular matrix secretion and hypertrophy. The behaviour and cellular features of growth plate chondrocytes are regulated at all stages of endochondral ossification by a complex network of interactions between circulating hormones, locally produced growth factors and the extracellular matrix secreted by the chondrocytes. In articular cartilage, the chondrocytes form morphologically distinct regions, including a superficial region of flattened cells, a sparsely populated middle layer, and a deep zone of hypertrophic chondrocytes. In mature articular cartilage, these chondrocytes maintain the balance of production and degradation of extracellular matrix components. However, pathological alteration of chondrocyte phenotype could lead to numerous human skeletal and articular diseases, including chondrodysplasias and osteoarthritis. In this context, my PhD project was designed to study I) the modifications of chondrocyte phenotypes triggered by genetic determinants and metabolic stress and consequently II) the participation of both pathologic conditions to disease development and/or progression

À l'heure actuelle, il y a un regain d'intérêt pour Clostridium acetobutylicum, le biocatalyseur du procédé Weizmann historique, pour produire le n-butanol un produit chimique de commodité et un bio-carburant alternatif et renouvelable . Ce mémoire de thèse décrit un procédé de recombinaison homologue, utilisant plasmide réplicatif, pour la délétion ou l'introdu ction de gènes chez C. acetobutylicum avec une élimination facile des marqueurs utilisés. La souche de C. acetobutylicum cacl502upp et ce système de recombinaison homologue ont été utilisés dans d'autres expériences d'ingénierie pour obtenir une souche produisant du n-butanol avec une sélectivité élevée et en éliminant la plupart des co-produits. Le mutant final, C. acetobutylicum (C. acetobutylicum CAB1060) a été généré avec succès. Cette souche CAB1060 a été utilisée dans un nouveau procédé de fermentation continu qui utilise i) l'extraction in situ des alcools par distillation sous pression réduite et ii) des cultures à haute densité cellulaire (et ne faisant pas intervenir de procédé membranaire) pour atteindre des titre, rendement et productivité en n-butanol qui n'ont jam ais été obtenus chez aucun micro-organisme.Un second procédé de recombinaison homologue utilisant un plasmide non réplicatif pour la modification de gène sans marqueur est également décrit dans le présent mémoire. Cette méthode permet d'inactiver simultaném ent deux gènes. Il a été utilisé avec succès pour la construction d'un mutant incapable de produire de l'hydrogène et utile, comme souche plate-forme, pour l'ingénierie de C. acetobutylicum pour produire en continu des produits chimiques de commodité et des bio­ carburants. / Current ly, there is a resurgence of interest in Clostridium acetobutylicum, the biocatalyst of the historical Weizmann process, to produce n-butanol for use both as a bulk chemical and as a renewablc alternative transportation fuel. This thesis describes a method of homologous recombination by replicative plasmid to delete or introduce genes in C. acetobutylicum . This method was successfull y used to delete genes, includin g CACJ502, CAC3535, CAC2879 (upp), to generate C. acetobutylicum. These strains are readily transformable without any previous plasmid methylation and can serve as hosts for a "marker-less" genetic exchange system. A mutant C. acetobutylicum (C. acetobuty licum CAB 1060) was successfully genera ted. This final mutant produces mainly bu tanol, with ethanol and traces of acetate at a molar rati o of 7:1 :1 . This CAB 1060 strain was subjected to a new continuous fermentation process using i) in situ extraction of alcohols by distillation under low pressure and ii) high cell density cultures to increase the titer, yield and productivity of n-butanol production to levels that have never been previously açhieved in any organism . A second homologous recombination method using non-replicative plasmid for marker less gene modification is also described in this thesis. This method allows the simultaneou s inactivation of two genes. lt has been successfully used to construct a mutant unable to produce hydrogen and useful, as a platform strain, for further engineering of C. acetobutylicum to continuously produce bulk chemicals and fuels.